Hava Akışını Ölçmek için Yaygın Teknikler
Aşağıda, hava akışını izlemek ve ölçmek için bazı yaygın teknikler kısaca açıklanmıştır.
Döner Kanatlı Anemometre
Dönen bir kanatlı anemometre, mekanik hız boyunca hava akışını ölçer. Hava akımı, pervane anemometresinin pervanesinin üzerinden geçerek dönme hareketine neden olur. Dönme hızı daha sonra hava akış hızı değerine dönüştürülür. Kanatlı anemometreler tipik olarak 1 m/s ila 15 m/s aralığındaki hava akışlarını ölçebilir. Bu aralığın altındaki hızlar, doğru okumalar elde etmek için çok düşüktür ve cihaza bağlı olarak bu aralığın üzerindeki hızlar zarar verebilir. Herhangi bir sıvı akışı gibi, hava akışı da yüzey sürtünmesine maruz kalır. Kanal boyunca ortalama hava akışında tek bir değer elde etmek için birden fazla okumanın ortalaması alınabilir.
Velometer Hava Akışı Ölçüm Probu
Hava akış hızını ölçmek için başka bir yöntem bir hızölçer kullanmaktır. Bir hız ölçer, probun konumlandırıldığı belirli bir noktada hava hızının anında okunmasını sağlar. Anemometrede olduğu gibi, hava akışının enine kesiti boyunca birden fazla nokta ölçülerek ortalama bir hız elde edilebilir, ancak bu çok daha zahmetlidir. Bu, genellikle sabit noktalarda belirli hızları yerinde kontrol etmek için kullanılır.
Fark Basınç Sensörlerini Kullanarak Hava Akışı Ölçümleri
Pitot Tüpü
Uçaklar, hava akış ve uçağın hızını etkin bir şekilde belirlemek için pitot tüpleri kullanır. Aynı teknoloji, hava akışını belirlemek için kanallar veya tüneller gibi endüstriyel uygulamalarda da kullanılır. Bir pitot tüpü, hava akışındaki hem durgun hem de serbest akışlı statik basıncı ölçerek çalışır. Durgun basınç, akışın tüm kinetik enerjisinin basınç enerjisine dönüştürüldüğü şekilde hızın sıfır olduğu bir noktada bir sıvı akışının statik basıncıdır. Bir akışın durma basıncı, serbest akış dinamik basıncı artı serbest akış statik basıncına eşittir. Serbest akışlı statik basınç pitot tüpü ile kolayca ölçülür ve dinamik basınç aşağıdaki formüle göre hesaplanabilir:
Pd serbest akış dinamik basıncı, ρ akışkan yoğunluğu ve u akış hızıdır. Daha önce belirtildiği gibi, toplam basınç, statik basınç artı dinamik basınca eşittir. Bunu kullanarak ve akış hızını izole etmek için dinamik basınç formülünü yeniden düzenleyerek, akış hızı, gösterildiği gibi durgunluk basıncının ve statik basıncın bir fonksiyonu olarak belirlenebilir:
Burada Pt durgunluk basıncıdır (toplam basınç) ve Ps ise statik basınçtır. Bu, akışkanın hızının toplam basınç ile statik basınç arasındaki farkla orantılı olduğunu gösterir. Bu, fark basınç sensörünün temelidir. Hız ölçere çok benzer şekilde, diferansiyel basınç sensörü de belirli bir noktada bir sıvının hızını ölçebilir. Akışkan akışı tekdüze olmadığından, etkili bir ortalama akış hızını ölçmek için sensörün alanın enine kesitini geçmesi veya birden fazla sensörün kullanılması gerekecektir.
Piezodirençli Sensörler
Piezodirençli bir malzeme, malzeme sıkıştırıldığında veya gerildiğinde, elektrik akımı üretip akışının direncini değiştiren bir malzemedir. Piezodirençli bir basınç sensörü için yaygın olarak kullanılan bir malzeme, yarı iletken silikondur. Silikon sıkıştırıldığında, geçen elektrik akımına karşı daha fazla direnç sağlar. Basınç ve direnç arasındaki bu ilişki çoğunlukla doğrusaldır. Pitot tüpüne benzer teknikler kullanılarak, bir hava akışı akışındaki bir basınç farkını hesaplamak için bir silikon yarı iletken kullanılabilir ve bu veriler hava akış hızını ölçmek için kullanılabilir.
Ultrasonik Debimetre
Ultrasonik akış ölçerler, ultrasonik dalgaları kullanarak hava akışını ölçer. Bir ses dalgasının bir ortamda yayılma hızına ses hızı denir. Ultrasonik sensörler, bir sensörden bir tünel veya kanalın kesiti boyunca bir sinyal gönderir ve diğer uçtaki bir sensör tarafından algılananır. İki sensör enine kesite açılı olarak konumlandırılırsa, ses dalgası hava akışından etkilenecektir. Örneğin, bir sensörden bir sinyal gönderilirse ve hava akışı yönü boyunca bir sonraki sensöre giderse, sensörün bu sinyali alma süresi, sinyalin hava akışı yönüne karşı gönderilmesinden daha kısa olacaktır. Biri hava akışıyla, diğeri hava akışına karşı olmak üzere iki sinyal göndererek, iki sinyal arasındaki zaman farkına dayalı olarak hava akışının hızı hesaplanabilir. Bu ölçüm işlemi sırasında hava sıcaklığı sabit kaldığı için zaman farkı hava hızı ile doğru orantılı olacaktır.
Hava akışını ölçmek için bu yöntemi kullanmak, hiç hava akışı olmasa bile neredeyse her hava hızında çok doğru bir okuma sağlar. Dalga, ölçülen alanın tüm kesiti boyunca hareket ettiğinden, alanı ultrasonik debimetre ile çaprazlamaya gerek yoktur. Sensör, tünel veya kanaldaki ortalama hava akışının doğru bir şekilde okunmasını sağlar ve ölçüm süresi çok hızlıdır.
Çapraz Okumalar Nasıl Alınır
Pratik durumlarda, hava akımının hızı, bir kanalın enine kesiti boyunca üniform değildir. Sürtünme, duvarlara yakın hareket eden havayı yavaşlatır, bu nedenle hız kanalın merkezinde daha fazladır.
4″ veya daha büyük çaplı kanallarda ortalama toplam hızı elde etmek için, eşit alana sahip noktalarda bir dizi hız basıncı okuması yapılmalıdır. Kanal kesiti boyunca resmi bir algılama noktası modeli önerilir. Bunlar, çapraz okumaları olarak bilinir. Şekil 4, yuvarlak ve dikdörtgen kanalların çapraz geçişi için önerilen Pitot tüp konumlarını göstermektedir.
Yuvarlak kanallarda, eşit eşmerkezli alanların merkezlerinde hız basınç okumaları yapılmalıdır. İki çap boyunca en az 20 okuma yapılmalıdır. Dikdörtgen kanallarda, eşit dikdörtgen alanların merkezlerinde minimum 16 ve maksimum 64 okuma alınır. Her alan için gerçek hızlar, bireysel hız basıncı okumalarından hesaplanır. Bu, okumaların ve hızların hatalar veya tutarsızlıklar açısından denetlenmesine olanak tanır. Daha sonra hızların ortalaması alınır.
Pitot tüp okumaları son derece dikkatli bir şekilde alınarak hava hızı ±%2 doğrulukla belirlenebilir. Maksimum doğruluk için aşağıdaki önlemlere uyulmalıdır:
- Kanal çapı, Pitot tüpünün çapının en az 30 katı olmalıdır.
- Pitot tüpünün yukarı akış yönünde 8 1/2 veya daha fazla kanal çapı ve aşağı akış yönünde 1 1/2 veya daha fazla çap sağlayan Pitot tüp bölümü, dirsekler, boyut değişiklikleri veya engeller olmadan bulunur.
- Tam, doğru bir çaprazlama yapın.
Küçük kanallarda veya çapraz operasyonların başka şekilde imkansız olduğu durumlarda, Pitot tüpünü kanalın ortasına yerleştirerek sıklıkla ±%5’lik bir doğruluk elde edilebilir. Okumadan hızı belirleyin, ardından yaklaşık bir ortalama için 0,9 ile çarpın.
Hava Hızını Hız Basıncından Hesaplama
Pitot tüpüyle kullanım için manometreler, iki ölçek tipi seçeneğiyle sunulmaktadır. Bazıları özellikle hava hızı ölçümü için yapılmıştır ve doğrudan dakikada fit olarak kalibre edilmiştir. Standart hava koşulları, yani .075 libre hava yoğunluğu için doğrudurlar. Standart hava koşulları dışındaki hız okumalarını düzeltmek için gerçek hava yoğunluğunun bilinmesi gerekir. Bağıl nem, sıcaklık ve barometrik basınç biliniyorsa hesaplanabilir.
Çoğu manometre terazisi inç su olarak kalibre edilir. Böyle bir aletten alınan okumalar kullanılarak hava hızı temel formül kullanılarak hesaplanabilir:
29,9 inç cıvada kuru hava ile hava hızı, doğrudan Hava Hızı Akış Tablolarından okunabilir. Kısmen veya tamamen doymuş hava için daha fazla düzeltme gereklidir. Hız basıncını hava hızına dönüştürürken zamandan tasarruf etmek için Hava Hızı Hesaplayıcısı kullanılabilir. Basit bir kayar cetvel, hava hızını hızlı ve doğru bir şekilde hesaplamak için gereken tüm faktörleri sağlar.
Hacim Akışını Belirleme
Ortalama hava hızı bilindiğinde, dakikadaki fit küp cinsinden hava akış hızı aşağıdaki formül kullanılarak kolayca hesaplanır:
Q = AV
Q = Dakikada fit küp cinsinden akış miktarı.
A = Metrekare cinsinden kanalın kesit alanı.
V = Dakikada fit cinsinden ortalama hız.
Kalibre Edilmiş Dirençle Hava Hacmini Belirleme
Hava filtreleri, soğutma ve kondenser serpantinleri ve benzeri ekipman üreticileri genellikle yaklaşık hava akışının belirlenebileceği verileri yayınlar. Akış hızının karesiyle orantılı olarak değişen bir basınç düşüşüne neden olmak bu tür ekipmanın özelliğidir. Şekil 5, tipik bir filtreyi ve hava akışına karşı direnç eğrisini göstermektedir. Logaritmik kağıda çizildiğinden düz bir çizgi olarak görünür. Bu eğride, .50″ w.c.’lik bir basınç düşüşüne neden olan temiz bir filtre, 2.000 CFM’lik bir akışı gösterir.
Örneğin, bir filtre, bobin vb. için üreticinin spesifikasyonunu varsayarsak: